Elucidation des mécanismes génétiques et moléculaires des interactions chimiques rhizosphériques entre plantes

L'allélopathie désigne les influences directes ou indirectes, bénéfiques ou néfastes, que les plantes exercent sur les plantes voisines par le biais de la libération de composés chimiques dans l'environnement. Bien qu'elle soit traditionnellement étudiée par l'isolement et la caractérisation des allélochimiques, les mécanismes moléculaires qui sous-tendent les interactions allélopathiques restent mal compris. Cette thèse vise à combler cette lacune en étudiant les bases génétiques et métaboliques des interactions allélopathiques souterraines chez Arabidopsis thaliana. Afin de distinguer l'allélopathie d'autres interactions entre plantes, telle que la compétition pour les nutriments, la lumière ou l'eau, un test de phénotypage innovant basé sur la rétroaction plante-sol a été mis en oeuvre à l'aide d'un robot de phénotypage automatisé. Cette approche a permis de quantifier les réponses allélopathiques entre l'accession Col-0 et une vaste collection d'accessions séquencées d'Arabidopsis, révélant une variation naturelle importante du potentiel allélopathique chez cette espèce.Dans le cadre de cette thèse, j'ai mené des études d'association pangénomique (GWAS) sur Arabidopsis et identifié plusieurs régions génomiques et gènes candidats. L'analyse d'enrichissement basée sur l'ontologie génétique a mis en évidence la contribution essentielle des métabolites spécialisés aux interactionsallélopathiques. Afin de valider les gènes candidats, en mettant particulièrement l'accent sur ceux associés au métabolisme des glucosinolates et de l'allantoïne, des approches de génomique fonctionnelle ont été menées. Compte tenu de la complexité à mettre en évidence des interactions allélopathiques, j'ai également mis au point plusieurs dispositifs expérimentaux spécialement conçus pour quantifier ces interactions et faciliter l'évaluation des loci candidats.En parallèle, j'ai développé un protocole de collecte, de concentration et d'analyse métabolomique non ciblée des exsudats racinaires d'Arabidopsis, permettant l'identification et la quantification des allélochimiques et la définition des empreintes métaboliques (« métabotypes ») associées à différents génotypes. Ensemble, l'intégration des données phénotypiques, génétiques et métabolomiques apporte de nouvelles perspectives sur les fondements moléculaires de l'allélopathie et élargit le répertoire des allélochimiques potentiels qui interviennent dans les interactions entre plantes dans la rhizosphère. Ces résultats ouvrent la voie au développement d'approches agroécologiques basées sur les propriétés allélopathiques des plantes pour lutter contre les mauvaises herbes dans les systèmes de culture.